JP2005333644A - Filter incorporating inductor, duplexer and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜バルク音響共振器(Film Bulk Acoustic Resonator:以下、「FBAR」と称する)を用いたフィルタ、デュプレクサ、およびその製造方法に関する。詳細には、共振特性を調整するインダクタと単一チップ状に製造されたFBARを直列または並列に組み付けて製造されたフィルタ、デュプレクサ、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a filter using a thin film bulk acoustic resonator (hereinafter referred to as “FBAR”), a duplexer, and a method for manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a filter, a duplexer manufactured by assembling an inductor for adjusting resonance characteristics and an FBAR manufactured in a single chip shape in series or in parallel, and a manufacturing method thereof.
最近、携帯電話として代表される移動通信機器が急速に普及されるにつれ、このような機器で使用される小型軽量フィルタおよびデュプレクサの需要が共に増大している。一方、係る小型軽量フィルタとして使用されるために適した手段としてFBARがよく知られている。FBARは最小限のコストで大量生産が可能であり、小型軽量に構成できる。また、フィルタの主な特性である品質係数(Quality Factor:Q)値を高くすることができ、マイクロ周波数帯域にも用いることができる。特に、PCS(Personal Communication System)とDCS(Digital Cordless System)帯域にわたって構成できるという長所を有している。 Recently, as mobile communication devices typified by mobile phones are rapidly spread, demands for both small and light filters and duplexers used in such devices are increasing. On the other hand, FBAR is well known as a means suitable for use as such a small lightweight filter. The FBAR can be mass-produced at a minimum cost and can be configured to be small and light. Further, the quality factor (Quality Factor: Q) value, which is a main characteristic of the filter, can be increased, and the filter can also be used in the micro frequency band. In particular, it has an advantage that it can be configured over PCS (Personal Communication System) and DCS (Digital Cordless System) bands.
一般に、FBAR素子は基板上に下部電極、圧電層(Piezoelectric layer)および上部電極が順次積層された共振部を含んでいる。FBAR素子の動作原理は、電極に電気的なエネルギーを印加し圧電層内に時間的に変化する電界を誘起し、この電界は圧電層内で共振部の振動方向と同じ方向へ音響波(Bulk Acoustic Wave)を誘発させることによって共振を発生させる。 In general, the FBAR element includes a resonance part in which a lower electrode, a piezoelectric layer (Piezoelectric layer), and an upper electrode are sequentially stacked on a substrate. The operation principle of the FBAR element is that electric energy is applied to the electrode to induce an electric field that changes with time in the piezoelectric layer, and this electric field is generated in the piezoelectric layer in the same direction as the vibration direction of the resonance part (Bulk). Resonance is generated by inducing an Acoustic Wave).
一方、係るFBAR素子を用いるフィルタの1つとして、はしご(Ladder)状のフィルタが使用されている。はしご型フィルタとは、複数のFBAR素子を直列および並列に組み合わせてから、各素子の共振特性を調整することにより所定の周波数帯域の信号のみを通過させることのできるバンドパスフィルタのことを指す。
図1は、複数の音響共振器(Thin Film Resonator:TFR)を直列および並列に組み合せて具現した従来技術によるはしご状フィルタの構成を示すブロック図である(特許文献1(US6377136号)参照)。図1によると、フィルタはTFRs1、s2、..sNなどの直列音響共振器、およびTFRp1、p2、..、pNなどの並列音響共振器を含む。各直列音響共振器11,12、..Nは入力端および出力端との間を直列に接続する。一方、各並列音響共振器21,22..nは各直列音響共振器11,12、..N間の連結ノード(node)およびグラウンド(ground)を接続する。
On the other hand, a ladder-like filter is used as one of the filters using the FBAR element. The ladder filter refers to a band-pass filter that can pass only a signal in a predetermined frequency band by combining a plurality of FBAR elements in series and in parallel and then adjusting the resonance characteristics of each element.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a ladder filter according to the prior art in which a plurality of acoustic resonators (Thin Resonators: TFR) are combined in series and in parallel (see Patent Document 1 (US Pat. No. 6,377,136)). According to FIG. 1, the filter includes series acoustic resonators such as TFRs1, s2,.. SN, and parallel acoustic resonators such as TFRp1, p2,. Each series
図2は、はしご型フィルタに含まれている直列および並列音響共振器のインピーダンス特性を示したグラフである。同図によると、直列音響共振器のインピーダンス特性グラフ30は、周波数f1およびf2がそれぞれ反共振周波数および共振周波数になり、並列音響共振器のインピーダンス特性グラフ40は、周波数f3およびf4がそれぞれ反共振周波数および共振周波数になる。これにより、直列音響共振器または並列音響共振器の周波数特性を調整して、並列音響共振器の反共振周波数f3が直列音響共振器の共振周波数f2と一致するようにすることで、周波数帯域f1ないしf4との間の信号のみを通過するバンドパスフィルタとして動作する。この場合、バンドパスフィルタの共振周波数はf2(=f3)になる。
FIG. 2 is a graph showing impedance characteristics of series and parallel acoustic resonators included in the ladder filter. According to the figure, the impedance
図1に示したフィルタでは、直列音響共振器または並列音響共振器の周波数特性を調整するために、各音響共振器を構成する電極、圧電膜などの厚さおよび材質を互いに異なるように製造しなければならない。したがって、各音響共振器別に製造工程が異なってくる不具合がある。
一方、均一周波数特性を有する音響共振器を適切に組み合わせた後、インダクタのような素子を並列音響共振器に接続してバンドパスフィルタの周波数特性を調整することができる。しかし、インダクタのような外部素子を接続するに際して素子の体積が増大してしまう。よって、携帯電話のような小型通信機器に用いるには困難が伴なう。
In the filter shown in FIG. 1, in order to adjust the frequency characteristics of a series acoustic resonator or a parallel acoustic resonator, the thickness and material of electrodes, piezoelectric films, etc. constituting each acoustic resonator are made different from each other. There must be. Therefore, there is a problem that the manufacturing process is different for each acoustic resonator.
On the other hand, after appropriately combining acoustic resonators having uniform frequency characteristics, an element such as an inductor can be connected to the parallel acoustic resonator to adjust the frequency characteristics of the bandpass filter. However, the volume of the element increases when an external element such as an inductor is connected. Therefore, it is difficult to use in a small communication device such as a mobile phone.
一方、係るフィルタはデュプレクサのような素子を使用できる。デュプレクサとは、1つのアンテナを介して信号を送受信する素子であって、一般に送信端フィルタ、受信端フィルタ、および各フィルタ間の信号干渉を防止するフィルタ隔離部を含む構成を有している。送信端フィルタとはアンテナを介して外部に送信される信号のみをフィルタリングするフィルタであり、受信端フィルタとは外部から受信される信号のみをフィルタリングするフィルタである。フィルタ隔離部は送信信号および受信信号の周波数の位相差が90°になるよう相互干渉を防止する位相遷移器(Phasor Shifter)として具現され得る。位相遷移器は、通常、コンデンサーおよびインダクタを用いることができる。 On the other hand, such a filter can use an element such as a duplexer. The duplexer is an element that transmits and receives signals via one antenna, and generally includes a transmission end filter, a reception end filter, and a filter isolation unit that prevents signal interference between the filters. The transmission end filter is a filter that filters only a signal transmitted to the outside through an antenna, and the reception end filter is a filter that filters only a signal received from the outside. The filter separator may be implemented as a phase shifter that prevents mutual interference so that the phase difference between the frequencies of the transmission signal and the reception signal is 90 °. The phase shifter can usually use a capacitor and an inductor.
デュプレクサもフィルタを使用する素子であるため、製造されたフィルタのサイズが大きければ体積も増大してしまう問題点がある。さらに、フィルタの製造工程が難しくなるとデュプレクサの製造時に困難が伴なう問題を包含している。
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、単純化された製造工程を介してインダクタおよび音響共振器を一体に製造することによって、小型化を実現できるフィルタ、デュプレクサおよび製造方法を提供することにある。 The present invention has been devised to solve the above-described problems. The object of the present invention is to reduce the size by integrally manufacturing the inductor and the acoustic resonator through a simplified manufacturing process. It is to provide a filter, a duplexer, and a manufacturing method that can be realized.
前述の目的を達成するための本発明の一実施の形態に係るフィルタは、外部端子と電気的な接続が可能な第1ポート、第2ポートおよび接地ポートが上部表面に形成された基板と、前記基板表面上で、前記第1ポートと前記第2ポートとの間を直列に接続する少なくとも1つの第1薄膜バルク音響共振器(Film Bulk Acoustic Resonator)と、前記第1ポートと前記第2ポートとの間に形成される連結ノードに一方が接続される少なくとも1つの第2薄膜バルク音響共振器と、前記第2薄膜バルク音響共振器の他方と前記接地ポートとの間を直列に接続する少なくとも1つのインダクタとを含む。 In order to achieve the above object, a filter according to an embodiment of the present invention includes a substrate in which a first port, a second port, and a ground port that can be electrically connected to an external terminal are formed on an upper surface; On the surface of the substrate, at least one first thin film bulk acoustic resonator connecting the first port and the second port in series, the first port and the second port At least one second thin film bulk acoustic resonator, one of which is connected to a connection node formed between the second thin film bulk acoustic resonator and the other of the second thin film bulk acoustic resonator and the ground port in series. One inductor.
この場合、前記第1薄膜バルク音響共振器および前記第2薄膜バルク音響共振器のうちいずれか1つは、前記基板の上部表面の所定領域に形成される空洞部と、前記空洞部の底面と所定の距離隔てられた上層空間には第1電極、圧電膜、および第2電極が順次積層された構造で形成される共振部とを含むことが好ましい。
一方、前記インダクタは、前記空洞部が形成された領域を除いた基板の上部表面に積層された圧電膜と、前記圧電膜の上部表面に所定のコイル状に積層されたメタル層と、前記メタル層および前記第2薄膜音響共振器を電気的に接続する連結ラインとを含むことがより好ましい。
In this case, any one of the first thin film bulk acoustic resonator and the second thin film bulk acoustic resonator includes a cavity formed in a predetermined region of the upper surface of the substrate, a bottom surface of the cavity, It is preferable that the upper layer space separated by a predetermined distance includes a resonance part formed by a structure in which the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode are sequentially stacked.
Meanwhile, the inductor includes a piezoelectric film laminated on an upper surface of a substrate excluding a region where the cavity is formed, a metal layer laminated in a predetermined coil shape on the upper surface of the piezoelectric film, and the metal More preferably, it includes a connection line that electrically connects the layer and the second thin film acoustic resonator.
本発明の一実施の形態に係るデュプレクサは、少なくとも1つの第1インダクタを備え、前記第1インダクタのインダクタンスにより決められた所定の周波数帯域の受信信号をフィルタリングする第1フィルタと、少なくとも1つの第2インダクタを備え、前記第2インダクタのインダクタンスにより決められた所定の周波数帯域の送信信号をフィルタリングする第2フィルタと、前記第1フィルタと前記第2フィルタとの間に形成され、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタとの間の信号流入を遮断するフィルタ隔離部とを含む。 A duplexer according to an embodiment of the present invention includes at least one first inductor, filters a received signal in a predetermined frequency band determined by an inductance of the first inductor, and at least one first inductor. A second filter configured to filter a transmission signal in a predetermined frequency band determined by an inductance of the second inductor, the first filter, and the second filter, and the first filter And a filter isolator for blocking signal inflow with the second filter.
好ましくは、外部端子と電気的な接続が可能な第1ポート、第2ポート、および第3ポートが形成された基板とをさらに含み、前記第2ポートおよび前記第3ポートはそれぞれ前記第1フィルタおよび前記第2フィルタに接続され、前記第1ポートは前記第1フィルタおよび前記フィルタ隔離部に接続され、前記フィルタ隔離部は前記第1ポートおよび前記第2フィルタとの間に接続されることが好ましい。 Preferably, the circuit board further includes a board on which a first port, a second port, and a third port capable of being electrically connected to an external terminal are formed, and each of the second port and the third port is the first filter. And the second port, the first port is connected to the first filter and the filter separator, and the filter separator is connected between the first port and the second filter. preferable.
一方、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタのいずれか1つは、所定の入力ポートと出力ポートとの間を直列に接続する少なくとも1つの第1薄膜バルク音響共振器と、前記入力ポートと前記出力ポートとの間に形成される連結ノードに一方が接続される少なくとも1つの第2薄膜バルク音響共振器と、前記第2薄膜バルク音響共振器の他方と所定の接地ポートとの間を直列に接続する少なくとも1つのインダクタとを含むことが好ましい。 Meanwhile, any one of the first filter and the second filter includes at least one first thin film bulk acoustic resonator that connects a predetermined input port and an output port in series, the input port, At least one second thin film bulk acoustic resonator, one of which is connected to a connection node formed between the output port and the other of the second thin film bulk acoustic resonator and a predetermined ground port in series. Preferably, at least one inductor to be connected is included.
さらに、前記インダクタは、前記空洞部が形成された領域を除いた基板の上部表面に積層された圧電膜と、前記圧電膜の上部表面に所定のコイル状に積層されたメタル層と、前記メタル層および前記第2薄膜バルク音響共振器を電気的に接続する連結ラインとを含むことが好ましい。
前記フィルタ隔離部は、少なくとも1つのコンデンサーおよびコイルが組み付けられた形態で具現され、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタでフィルタリングされる信号の周波数位相差が90°になるようすることが好ましい。
Further, the inductor includes a piezoelectric film laminated on an upper surface of the substrate excluding a region where the cavity is formed, a metal layer laminated in a predetermined coil shape on the upper surface of the piezoelectric film, and the metal And a connecting line for electrically connecting the second thin film bulk acoustic resonator.
Preferably, the filter isolation unit is implemented in a form in which at least one capacitor and a coil are assembled, and a frequency phase difference of signals filtered by the first filter and the second filter is 90 °.
一方、本発明の一実施の形態に係るフィルタの製造方法は、(a)基板の上部表面に所定の絶縁膜を積層するステップと、(b)前記絶縁膜の上部に第1メタル層を積層してからパターニングを行い、複数の第1電極を製造するステップと、(c)前記複数の第1電極および前記絶縁膜の上部表面に圧電膜を積層するステップと、(d)前記圧電膜の上部表面に第2メタル層を積層してからパターニングを行い、複数の第2電極および所定のコイル状のインダクタを製造するステップと、(e)前記第1電極、前記圧電膜、および前記第2電極が順次積層された領域の下部に配する基板をエッチングしてエアーギャップを製造することにより、複数の縛膜バルク音響共振器を製造するステップとを含む。 On the other hand, a method for manufacturing a filter according to an embodiment of the present invention includes: (a) a step of laminating a predetermined insulating film on an upper surface of a substrate; and (b) laminating a first metal layer on the insulating film. Patterning to manufacture a plurality of first electrodes, (c) laminating a piezoelectric film on the top surfaces of the plurality of first electrodes and the insulating film, and (d) the piezoelectric film Patterning a second metal layer on the upper surface and patterning to produce a plurality of second electrodes and a predetermined coil-shaped inductor; (e) the first electrode, the piezoelectric film, and the second Manufacturing a plurality of confined film bulk acoustic resonators by etching an air gap by etching a substrate disposed under a region where electrodes are sequentially stacked.
この場合、前記(e)ステップは、前記基板下部の所定領域を貫通する少なくとも1つのビア−ホールを製造するステップと、前記ビア−ホールを用いて前記基板領域をエッチングするステップと、所定のパッケージング基板を接合し前記ビア−ホールを閉鎖するステップとを含むことが好ましい。 In this case, the step (e) includes the steps of manufacturing at least one via hole penetrating a predetermined area under the substrate, etching the substrate area using the via hole, and a predetermined package. Bonding a bonding substrate and closing the via hole.
本発明に係るフィルタは、複数のFBARおよびインダクタを1つの基板上に形成することによって、フィルタの製造時に周波数特性を調整する際に、各FBARに対する工程を異なる工程で行うという手間を減少することができる。また、インダクタおよび各FBARを1つの基板上に製造することによって素子の小型化を図ることができると同時に、本フィルタを用いるデュプレクサを製造することもできる。この場合、インダクタが内蔵されたフィルタおよびフィルタ隔離部を同時に製造することによりデュプレクサの製造工程が単純になり、デュプレクサをも小型に製造できる。 In the filter according to the present invention, by forming a plurality of FBARs and inductors on one substrate, when adjusting the frequency characteristics during the manufacture of the filter, it is possible to reduce the trouble of performing the steps for each FBAR in different steps. Can do. Further, by manufacturing the inductor and each FBAR on one substrate, it is possible to reduce the size of the element, and at the same time, it is possible to manufacture a duplexer using this filter. In this case, the manufacturing process of the duplexer is simplified by simultaneously manufacturing the filter with the built-in inductor and the filter isolation part, and the duplexer can be manufactured in a small size.
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図3は本発明の一実施形態に係る複数の薄膜バルク音響共振器(Film Bulk Acoustic Resonator)を組み合わせたフィルタの構成を示すブロック図である。同図によると、FBARs1、s2、...sMのような複数の直列FBAR110、120、...Mと、FBARp1、p2、...pmのような複数の並列FBAR210,220、...mと、インダクタ1,2...xのようなグラウンドとの間で直列に接続されたインダクタ310、320、...xを含んでなる。前述のように、複数のFBARは直列および並列に組み合わせてもはしご(Ladder)型フィルタを具現することができる。これにより、図2に示したよう、所定周波数帯域の信号のみをフィルタリングするバンドパスフィルタとして動作する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a filter that combines a plurality of thin film bulk acoustic resonators according to an embodiment of the present invention. According to the figure, a plurality of
一方、直列および並列FBARとしては、基板上に下部電極、圧電膜、および上部電極が順次積層された構造の共振部と、その共振部の下部に配するエアギャップを含むエアギャップ型FBARが使用できる。
インダクタ310、320、...xはメタル物質を基板上に円型または四角型に積層して製造される。図3に示したフィルタは直列FBAR110、120、...M、並列FBAR210、220...m、およびインダクタ310,320、...xが1つの基板上に単一チップに製造されたフィルタである。従って、各FBARの製造工程がそのまま用いられてインダクタを具現することができる。即ち、上部電極または下部電極を蒸着しパターニングする過程において、一定のコイル状にパターニングすることでインダクタが製造される。また、インダクタを基板と絶縁させる絶縁層で圧電膜を用いることが可能である。図3に示したように、所定のインダクタンスを有するインダクタを並列FBAR210,220、...mにそれぞれ直列節測することにより並列FBAR側の周波数特性を調整できるようになる。これにより、各FBARの製造時に使用材質または厚さを考慮して異なる工程で製造しないで済む。
On the other hand, as series and parallel FBARs, an air gap type FBAR including a resonance part having a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on a substrate and an air gap disposed below the resonance part is used. it can.
The
図4は、インダクタ300が1つの並列FBAR200とグラウンド400とを連結する部分に対する断面図である。インダクタ300は、並列FBAR200と同じ基板100上に製造され単一チップを形成している。一方、インダクタ300は、所定のメタルで構成されている連結ライン350a、350bを介して並列FBAR200およびウラウンド400に接続される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion where the
図5は図4のインダクタ300部分の細部構造を説明するための断面図である。同図によると、基板100の上部表面に所定形態でメタルライン110が積層されており、メタルライン110を含んでいる基板100上部の全面に圧電膜120が積層されている。圧電膜120の上部表面にはメタル層を積層した後所定の形態にパターニングし、インダクタ300および連結ライン350a、350bを形成する。この場合、コイル状態に積層されたメタル層部分がインダクタ300として動作する。一方、メタル層は圧電膜120の上部表面で外部グラウンド400と接続される連結ライン350と共に形成される。連結ラインの一側350aは下部のメタルライン110を介してインダクタ300と電気的に接続される。これにより外部の他の素子、即ち、並列FBAR200とインダクタ300とが電気的に接続される。一方、連結ラインの他方350bはグラウンド400と接続されることになる。図5に示したように、インダクタ300が並列FBAR200に直列接続されることにより、インダクタ300が有している自己インダクタンス(inductance:L)の分だけ、並列FBAR200のインダクタンスを増加させる。インダクタ300の自己インダクタンスはコイルの長さおよび形態に応じて調節可能であり、フィルタ自体の周波数特性を簡単に調整できる。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the detailed structure of the
一方、図5におけるインダクタ300の下部にエアギャップが形成されない場合につき示しているが、基板と隔離するために所定領域の基板をエッチングしエアギャップを形成することもできる。この場合、基板の下部にビアホールを介してエッチング液またはエッチングガスを投入し基板をエッチングする方法によりエアギャップを製造する。また、図5では、インダクタ300が並列FBAR200に接続された場合につき示したが、フィルタを設計するに当って直列FBARとも接続できる。
On the other hand, although the case where no air gap is formed below the
図6Aないし図6Eは、本発明の一実施の形態に係るフィルタの製造工程を説明するための断面図である。前述のように、1つのフィルタを構成するためには複数の直列FBARおよび並列FBARを必要とするが、説明の便宜上図6Aないし図6Eは1つのFBARおよびインダクタに対する断面図として表示する。
図6Aにおいて、まず、基板500の上部表面に絶縁膜510を蒸着する。絶縁膜510は、メタル部分を基板500と電気的に分離するための部分である。絶縁膜510を形成する絶縁物質として、二酸化珪素(SIO2)や酸化アルミニウム(AL2O2)などが使用される。一方、絶縁膜510を基板500上に蒸着するための蒸着方法としてRFマグネトロンスパッタリング(RF Magnetron Sputtering)方法やエバポレーション(Evaporation)方法などが用いられる。
6A to 6E are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a filter according to an embodiment of the present invention. As described above, a plurality of series FBARs and parallel FBARs are required to form one filter. For convenience of explanation, FIGS. 6A to 6E are shown as sectional views for one FBAR and an inductor.
In FIG. 6A, first, an insulating
次に、6Bに示したように、絶縁膜510の上部表面に第1電極520を蒸着してからパターニングを行って所定部分の絶縁膜510を露出させる。第1電極520は金属のような通常の導電物質を用いて形成する。詳細に、アルミニウム(AL)、タングステン(W)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、クローム(Cr)、パラジウム(Pd)、およびモリブデン(Mo)などが使用できる。
Next, as shown in FIG. 6B, the
次に、6Cに示したように、露出された絶縁膜510および第1電極520上部に全面的に圧電膜530を蒸着する。圧電膜530とは、前述の通りに、電気的なエネルギーを弾性波形態の機械的なエネルギーに変換する圧電効果を引き起こす部分である。圧電膜530を形成する圧電物質としては窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)などがある。
Next, as shown in FIG. 6C, a
6Dに示したように、圧電膜530の上部に第2電極540を蒸着してからパターニングを行う。この場合、下部に第1電極520が配する圧電膜530上部に残存する第2電極540は第1電極520および圧電膜530と共に共振部210を形成する。一方、共振部210を形成する部分以外の圧電膜530上には、円型または四角形状に第2電極540を残存させることにより、インダクタ300を形成する。一方、第1電極520は共振部210およびインダクタ300を電気的に接続する連結ラインの役割を果す。なお、グラウンドとの連結ライン350は第2電極540を用いて構成できる。
As shown in FIG. 6D, the
図6Eに示したように、共振部210下部の基板500をエッチングしてエアギャップ220を製造する。この場合、エアギャップ220の製造のために基板500の下部または上部を貫通するビアホール230を製造する。基板500の下部にビアホール230を製造する場合、ビアホールを介して流入する異物を防止するため、別にパッケージング基板550を接合することができる。接合方法として、温度を加えて接合するダイレクトボンディング(Direct Bonding)方法、電圧を加えて接合する両極ボンディング(Anodic Bonding)方法、エポキシ(Epoxy)などの接着剤を用いて接合する方法、金属を用いる共融ボンディング(Eutectic Bonding)方法などがあるが、ダイレクトボンディングおよび 両極ボンディング方法は比較的高温の段階で行われるため、低温段階で行われる接着剤利用方法または共融ボンディング方法を用いることが好ましい。
As shown in FIG. 6E, the
エアギャップ220が形成されると、最終的にエアギャップ型FBAR200の製造が完成する。一方、インダクタ300下部の基板領域もやはりエッチングしてエアギャップを製造することは言うまでもない。
図7は、図3に示したフィルタを用いて製造された本発明の一実施の形態に係るデュプレクサ600(duplexer)の構成を示したブロック図である。前述のように、デュプレクサはバンドパスフィルタ(Band Pass Filter:以下、BPFと称する)を使用する代表的な素子である。図7によると、本発明の一実施の形態に係るデュプレクサは第1BPF610、フィルタ隔離部620、第2BPF630、第1ポート640、第2ポート650、第3ポート660、およびグラウンドポート670を含んでいる。
When the
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a duplexer 600 (duplexer) according to an embodiment of the present invention manufactured using the filter shown in FIG. As described above, the duplexer is a typical element that uses a band pass filter (BPF). Referring to FIG. 7, a duplexer according to an embodiment of the present invention includes a
第1および第2BPF610、630からそれぞれの複数のエアギャップ型FBARを直列および並列に組み合せて構成されたフィルタを使用できる。この場合、各フィルタは図3に示したように、インダクタに至るまで1つの基板上に形成された単一チップが使用できる。
第1および第2、3ポート640、650,660はそれぞれ外部素子と電気的に接続される部分であって、導電体の物質で形成される。各ポートは所定のメタル物質で構成された連結ライン680を用いて第1および第2BPF610,630、フィルタ隔離部620と接続される。
A filter configured by combining a plurality of air gap type FBARs in series and in parallel from the first and second BPFs 610 and 630 can be used. In this case, as shown in FIG. 3, each filter can use a single chip formed on one substrate up to the inductor.
The first, second, and
一方、図7に示したグラウンドポート670は外部のグラウンド端子と電気的に接続される部分を指す。
同図によると、第1ポート640は、外部のアンテナ(図示)と第1BPF610およびフィルタ隔離部620をそれぞれ接続する役割を果す。第1BPF610が受信端フィルタで第2BPF630が送信端フィルタであれば、受信される信号はフィルタ隔離部620のために第2BPF630へ印加されず第1BPF610に印加される。
On the other hand, the
According to the figure, the
フィルタ隔離部620は、前述のように、インダクタおよびコンデンサーとを組み合わせた位相遷移器(Phase Shifter)で構成することができる。位相遷移器は受信信号および送信信号間の周波数の移動差を90°にしてくれるので、送信端フィルタおよび受信端フィルタを隔離することができる。
図7に示した各ポート660、670、680、連結ライン680、フィルタ隔離部620などは、第1および第2BPF610、630の製造工程を用いて1つの基板上で一括的に製造される。その製造工程は図6Aないし図6Eに示した1つの製造工程をそのまま用いる。即ち、単一基板500の上部表面に絶縁層510を蒸着した後、第1BPF610、フィルタ隔離部620、第2BPF630の位置に第1電極520、圧電膜530、第2電極540などをそれぞれ所定の形態で積層することによって同時に製造することができる。この場合、第1BPF610および第2BPF630は、内部にインダクタ300を備えて、インダクタ300により周波数特性が調節される。これにより、第1BPF610および第2BPF630を構成する各FBARについて電極の厚さなどを調節せずに済むので、製造工程を単純化することができるとともに、インダクタ300が内蔵されているので素子の体積の増大を抑えることができる。
As described above, the
Each of the
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。 Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described with reference to the drawings, the protection scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the invention described in the claims and equivalents thereof are described. It extends to things.
本発明は小型軽量フィルタおよびデュプレクサを使用する携帯電話、ノート型パソコン、PDAなどのような移動通信機器に使用可能である。 The present invention can be used for mobile communication devices such as mobile phones, notebook computers, PDAs, and the like that use small and light filters and duplexers.
100 基板
110、520 第1電極
200 薄膜バルク音響共振器
300 インダクタ
350a、350b 連結ライン
400 グラウンドポート
120、530 圧電膜
540 第2電極
550 パッケージング基板
600 デュプレクサ
610 第1バンドパスフィルタ
620 フィルタ隔離部
630 第2バンドパスフィルタ
100
Claims (10)
前記基板表面上で、前記第1ポートと前記第2ポートとの間を直列接続する少なくとも1つの第1薄膜バルク音響共振器(Film Bulk Acoustic Resonator)と、
前記第1ポートと前記第2ポートとの間に形成される連結ノードに一方が接続される少なくとも1つの第2薄膜バルク音響共振器と、
前記第2薄膜バルク音響共振器の他方と前記接地ポートとの間を直列接続する少なくとも1つのインダクタと、
を含むことを特徴とするフィルタ。 A substrate having a first port, a second port, and a ground port that can be electrically connected to an external terminal formed on the upper surface;
At least one first thin film bulk acoustic resonator (Film Bulk Acoustic Resonator) connected in series between the first port and the second port on the substrate surface;
At least one second thin film bulk acoustic resonator, one of which is connected to a connection node formed between the first port and the second port;
At least one inductor connected in series between the other of the second thin film bulk acoustic resonator and the ground port;
The filter characterized by including.
前記基板の上部表面の所定領域に形成される空洞部と、
前記空洞部の底面と所定の距離隔てられた上層空間には第1電極、圧電膜および第2電極が順次積層された構造で形成される共振部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。 One of the first thin film bulk acoustic resonator and the second thin film bulk acoustic resonator is
A cavity formed in a predetermined region of the upper surface of the substrate;
A resonance part formed in a structure in which a first electrode, a piezoelectric film and a second electrode are sequentially laminated in an upper layer space separated from the bottom surface of the cavity part by a predetermined distance;
The filter according to claim 1, comprising:
前記空洞部が形成された領域を除いた基板の上部表面に積層された圧電膜と、
前記圧電膜の上部表面に所定のコイル状に積層されたメタル層と、
前記メタル層および前記第2薄膜音響共振器を電気的に接続する連結ラインと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のフィルタ。 The inductor is
A piezoelectric film laminated on the upper surface of the substrate excluding the region where the cavity is formed;
A metal layer laminated in a predetermined coil shape on the upper surface of the piezoelectric film;
A connection line for electrically connecting the metal layer and the second thin film acoustic resonator;
The filter according to claim 2, comprising:
少なくとも1つの第2インダクタを備え、前記第2インダクタのインダクタンスにより決められた所定の周波数帯域の送信信号をフィルタリングする第2フィルタと、
前記第1フィルタと前記第2フィルタとの間に形成され、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタとの間の信号流入を遮断するフィルタ隔離部と、
を含むことを特徴とするデュプレクサ。 A first filter comprising at least one first inductor and filtering a received signal in a predetermined frequency band determined by an inductance of the first inductor;
A second filter comprising at least one second inductor and filtering a transmission signal in a predetermined frequency band determined by an inductance of the second inductor;
A filter isolator formed between the first filter and the second filter and blocking signal inflow between the first filter and the second filter;
A duplexer characterized by including:
前記第2ポートおよび前記第3ポートはそれぞれ前記第1フィルタおよび前記第2フィルタに接続され、前記第1ポートは前記第1フィルタおよび前記フィルタ隔離部に接続され、前記フィルタ隔離部は前記第1ポートおよび前記第2フィルタとの間に接続されることを特徴とする請求項4に記載のデュプレクサ。 And further including a substrate on which a first port, a second port, and a third port capable of being electrically connected to an external terminal are formed,
The second port and the third port are connected to the first filter and the second filter, respectively, the first port is connected to the first filter and the filter isolation unit, and the filter isolation unit is the first filter The duplexer according to claim 4, wherein the duplexer is connected between a port and the second filter.
所定の入力ポートと出力ポートとの間を直列に接続する少なくとも1つの第1薄膜バルク音響共振器と、
前記入力ポートと前記出力ポートとの間に形成される連結ノードに一方が接続される少なくとも1つの第2薄膜バルク音響共振器と、
前記第2薄膜バルク音響共振器の他方と所定の接地ポートとの間を直列に接続する少なくとも1つのインダクタと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載のデュプレクサ。 Any one of the first filter and the second filter is:
At least one first thin film bulk acoustic resonator connecting in series between a predetermined input port and an output port;
At least one second thin film bulk acoustic resonator, one of which is connected to a connection node formed between the input port and the output port;
At least one inductor connected in series between the other of the second thin film bulk acoustic resonator and a predetermined ground port;
The duplexer according to claim 4, comprising:
前記空洞部が形成された領域を除いた基板の上部表面に積層された圧電膜と、
前記圧電膜の上部表面に所定のコイル状に積層されたメタル層と、
前記メタル層および前記第2薄膜バルク音響共振器を電気的に接続する連結ラインと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載のデュプレクサ。 The inductor is
A piezoelectric film laminated on the upper surface of the substrate excluding the region where the cavity is formed;
A metal layer laminated in a predetermined coil shape on the upper surface of the piezoelectric film;
A connection line electrically connecting the metal layer and the second thin film bulk acoustic resonator;
The duplexer according to claim 6, comprising:
(b)前記絶縁膜の上部に第1メタル層を積層してからパターニングを行い、複数の第1電極を製造するステップと、
(c)前記複数の第1電極および前記絶縁膜の上部表面に圧電膜を積層するステップと、
(d)前記圧電膜の上部表面に第2メタル層を積層してからパターニングを行い、複数の第2電極および所定のコイル状のインダクタを製造するステップと、
(e)前記第1電極、前記圧電膜、および前記第2電極が順次積層された領域の下部に配する基板をエッチングしてエアーギャップを製造することにより、複数の縛膜バルク音響共振器を製造するステップと、
を含むことを特徴とするフィルタ製造方法。 (A) laminating a predetermined insulating film on the upper surface of the substrate;
(B) laminating a first metal layer on the insulating film and then patterning to produce a plurality of first electrodes;
(C) laminating a piezoelectric film on the upper surfaces of the plurality of first electrodes and the insulating film;
(D) performing a patterning after laminating a second metal layer on the upper surface of the piezoelectric film, and manufacturing a plurality of second electrodes and a predetermined coil-shaped inductor;
(E) etching a substrate disposed below a region where the first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode are sequentially stacked to produce an air gap, thereby forming a plurality of confined film bulk acoustic resonators; Manufacturing steps;
The filter manufacturing method characterized by including.
前記基板下部の所定領域を貫通する少なくとも1つのビア−ホールを製造するステップと、
前記ビア−ホールを用いて前記基板領域をエッチングするステップと、
所定のパッケージング基板を接合し前記ビア−ホールを閉鎖するステップと、
を含むことを特徴とする請求項9に記載のフィルタ製造方法。 The step (e) includes:
Manufacturing at least one via-hole penetrating a predetermined region under the substrate;
Etching the substrate region using the via hole;
Bonding a predetermined packaging substrate and closing the via hole;
The filter manufacturing method according to claim 9, comprising:
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